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QUERVERWEIS
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Die
vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der Patentanmeldung mit der
Seriennr.
200510028810.9 ,
eingereicht beim State Intellectual Property Office von China am
15. August 2005, in Anspruch, die hier zur Bezugnahme in ihrer Gänze zu allen
Zwecken eingeschlossen ist.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von
Niederolefinen und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen von
Niederolefinen auf Grund von katalytischem Cracken von C4- oder höheren Olefinen.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Die
petrochemische Industrie ist eine wichtige, tragende Industrie in
der nationalen Ökonomie
und liefert eine große
Menge an chemischen Ausgangsmaterialien für verschiedene Branchen, einschließlich Industrie,
Landwirtschaft, Kommunikation und nationale Verteidigung, die also
einer der industriellen Sektoren ist, die korrelative und führende Schritte
in der nationalen Ökonomie
unternehmen. Niederolefine sind eines der wichtigsten grundlegenden
Ausgangsmaterialien, welche die moderne petrochemische Industrie
ausmachen.
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Beispielsweise
wird Propylen hauptsächlich
zur Herstellung von Polypropylen, Cumol, Oxoalkohol, Acrylnitril,
Propylenoxid, Acrylsäure,
Isopropanol usw. verwendet, wobei Polypropylen für mehr als die Hälfte der
Nachfrage nach Propylen in der Welt verantwortlich ist. Gegenwärtig stammt
67% des Propylens in der Welt aus Nebenprodukten bei der Herstellung
von Ethylen durch Steamcracken, stammt 30% davon von Nebenprodukten
bei der Herstellung von Benzin und Diesel mittels katalytischer
Crack-Einheiten (FCC) in der Raffinerie und wird eine geringe Menge
davon (etwa 3%) aus der Dehydrierung von Propan und der Metathesereaktion
von Ethylen-Butylen erhalten. Es wird vorhergesagt, dass die Nachfrage
nach Propylen in der Zukunft mit einer höheren Geschwindigkeit ansteigt
als dessen Angebot. Zieht man die verhältnismäßig höhere Geschwindigkeit des Anstiegs
bezüglich
der Nachfrage nach Propylen und die Situation von „Nachfrage übersteigt
Angebot", die sich
bei herkömmlichen
Herstellungsmethoden darstellt, in Betracht, ist es notwendig, auf verschiedene
andere neue Techniken zum Erhöhen
der Produktion an Propylen zum Zwecke des Befriedigens der Nachfrage
nach Propylen zurückzugreifen.
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Gegenwärtig gibt
es ziemlich viele Ausgangsmaterialien für C4- oder höhere Olefine
in der Welt. Zieht man den Einfluss verschiedener Faktoren, einschließlich der
Veränderung
auf dem Markt der chemischen Produkte und der Transportkosten, in
Betracht, ist es ein bevorzugter Weg, diese Ausgangsmaterialien
auszunutzen, indem sie an Ort und Stelle einer Weiterbehandlung
unterzogen werden. Ein viel versprechendes Verfahren davon ist mit
der Umwandlung von C4- oder höheren
Olefinen in Niederolefine verbunden. Das Verfahren kann nicht nur
Ausgangsmaterialien von C4- oder höheren Olefinen, die in verhältnismäßigem Überschuss vorliegen
und einen geringeren zusätzlichen
Wert aufweisen, ausnutzen, sondern kann auch verschiedene Niederolefin-Produkte,
die weitere Verwendungen aufweisen, erzielen.
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Das
Bezugsdokument
CN 1490287
A offenbarte ein Verfahren zur Herstellung von Ethylen
und Propylen durch Umsetzen eines Gemischs, das C
4-
oder C
5-Olefine enthält, in einem Festbettreaktor
bei einer Temperatur von 350 bis 500°C, einem Druck von 0,6 bis 1,0
MPa und einer auf die Katalysatormasse bezogenen Raumgeschwindigkeit
pro Stunde (WHSV) von 1 bis 10 h
–1.
Es konzentrierte sich auf die Modifikation verschiedener Typen von
Katalysatoren und die Reaktionsergebnisse, und die Ausgangsmaterialien
für die
Reaktion sind auf C
4- und C
5-Olefine,
aber nicht auf C
5- oder höhere Olefine gerichtet. Unterdessen
wurde darin eine Konfiguration mit einem einzigen Reaktor verwendet,
somit war es unmöglich,
sicher zu stellen, dass der Katalysator eine wünschenswerte Stabilität behielt,
und eine wünschenswerte
Ausbeute an den Zielprodukten zu erhalten.
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Das
Bezugsdokument
CN 1274342
A (Entsprechung zu
US
6,307,117 B1 ) offenbarte ein Verfahren zum Herstellen von
Ethylen und Propylen durch katalytische Umwandlung aus einem Ausgangsstoff
aus linearen Kohlenwasserstoffen, der 20% oder mehr mindestens eines
C
4- bis C
12-Olefins
enthält,
wobei der Zeolith in einem Zeolith enthaltenden Katalysator, der
darin verwendet wird, die folgenden Bedingungen erfüllte: der Zeolith
enthielt im Wesentlichen keine Protonen, der Zeolith wies ein SiO
2/Al
2O
3-Molverhältnis von
200 bis 5.000 auf und der Zeolith enthielt mindestens ein Metall,
ausgewählt
aus Metallen der Gruppe IB des Periodensystems, und der Zeolith
war ein Zeolith mit mittlerer Porengröße, und der bevorzugte Zeolith
gehörte
zur Familie der ZSM-5-Zeolithe. Die Reaktion wurde bei einer Temperatur
von 400 bis 700°C,
einem Druck von 1 bis 10 atm und einer WHSV von 1 bis 1.000 h
–1 durchgeführt. Jedoch
wurde darin gleichermaßen
eine Konfiguration mit einem einzigen Reaktor verwendet, was dadurch
zu verhältnismäßig niedrigeren
Ausbeuten an Ethylen und Propylen führte, wobei die höchste Ausbeute
an Propylen lediglich 25,19% betrug.
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Das
Bezugsdokument
WO 00/26163 für Equistar
Chemicals, L.P., offenbarte ein Verfahren zum Herstellen von Propylen
und Ethylen aus einem Ausgangsstoff, der mindestens 60 Gew.-% C
4- und/oder C
5-Olefine
enthielt, mit einem Zeolithkatalysator, der eine mittlere Porengröße aufwies.
Zeolithe, die in der Erfindung verwendbar sind, schlossen ein: Zeolithe
mit einem eindimensionalen Kanal, wie ZSM-23 und AlPO
4-11,
die einen Porendurchmesser von mehr als 3,5 Å und einen Porengrößenindex
im Bereich von 14 bis 28 aufwiesen; und Zeolithe mit miteinander
verbundenen Kanälen,
wie ZSM-57 und AlPO4-18, welche einen Primärkanal, der einen Porendurchmesser
von mehr als 3,5 Å und
einen Porengrößenindex
im Bereich von 14 bis 28 aufwies, und einen Sekundärkanal einschlossen,
der einen Porengrößenindex
von weniger als 20 aufwies. Der Katalysator konnte vom Na-Typ, H-Typ
usw. sein, wobei Spurenmengen eines oxidierenden Metalls, wie Pd oder
Pt, zugegeben werden konnten, um die Entfernung von Koks während der
Regeneration des Katalysators zu fördern. Das Verfahren wurde
im Allgemeinen mit einem Festbettreaktorsystem verwendet, und die
Reaktion wurde bei einer Temperatur von 200 bis 750°C, einem
Druck von 0,05 bis 1 MPa und einer WHSV von 0,5 bis 1.000 h
–1 durchgeführt. Einerseits
offenbarte die Bezugsstelle nicht das konkrete Herstellungsverfahren
für den
Katalysator und Reaktionsdaten. Unterdessen wurde auch darin eine
Konfiguration mit einem einzigen Reaktor verwendet, welche die Ergebnisse
bestimmte, einschließlich
nicht idealer Ausbeuten an Ethylen und Propylen und schlechter Stabilität des Katalysators.
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INHALT DER ERFINDUNG
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Das
technische Problem, das in der vorliegenden Erfindung gelöst werden
soll, ist, die Nachteile zu überwinden,
die in den älteren
Dokumenten dargestellt werden, einschließlich hoher Reaktionsdruck,
hohe Reaktionstemperatur, geringe Ausbeute und Selektivität für Niederolefine
als den Zielprodukten, schlechte Stabilität und kurze Lebensdauer des
Katalysators, und eingeschränkte
geeignete Ausgangsstoffe, und die vorliegende Erfindung stellte
ein neuartiges Verfahren zum Herstellen von Niederolefinen auf.
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Das
vorliegende Verfahren ist durch niedrigeren Reaktionsdruck und Temperatur,
hohe Ausbeute und gute Selektivität hinsichtlich der Niederolefine
als dem Zielprodukt ebenso wie durch hohe Stabilität und lange Lebensdauer
des Katalysators gekennzeichnet und kann auf verschiedene Ressourcen
für Ausgangsstoff
angewendet werden.
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Um
das vorstehende Problem zu lösen,
ist die technische Lösung
des vorliegenden Verfahrens wie folgt: ein Verfahren zum Herstellen
von Niederolefinen, welches unter den Bedingungen des katalytischen
Crackens von Olefinen durchgeführt
wird und als einen Ausgangsstoff ein an Olefinen angereichertes
Gemisch annimmt, das ein oder mehrere C4-
oder höhere
Olefine enthält,
umfasst die Schritte:
- a) Zulassen, dass der
Ausgangsstoff mit einem kristallinen Aluminosilikat-Katalysator
mit einem SiO2/Al2O3-Molverhältnis
von mindestens 10 in Kontakt kommt, wodurch sich ein Reaktionsabfluss
ergibt, der Niederolefine enthält;
und
- b) Abtrennen der Niederolefine aus dem Reaktionsabfluss;
wobei
der Reaktionsdruck (Manometerdruck, nachstehend dasselbe) von –0,1 MPa
bis < 0 MPa beträgt.
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Der
Begriff „Niederolefine", der hier verwendet
wird, bezieht sich auf Olefine mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen.
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Das
an Olefinen angereicherte Gemisch, das ein oder mehrere C4- oder
höhere
Olefine enthält
und als ein Ausgangsstoff bei der vorstehenden technischen Lösung verwendet
wird, ist vorzugsweise eine Fraktion eines an Olefinen angereicherten
Gemischs, die C4- oder höhere
Olefine enthält
und aus katalytischen Crack-Einheiten in der Raffinerie oder aus
Steamcrack-Einheiten in der Ethylenfabrik stammt, oder eine Mischungs-Komponente,
die an Olefinen angereichert ist, die C4- oder höhere Olefine enthält und bei
der Herstellung von alpha-Olefinen als Nebenprodukt erzeugt wird
oder bei OTO (from Oxygenate To Olefin = von Sauerstoff enthaltender
Verbindung zu Olefin), beispielsweise MTO (Methanol zu Olefin),
wie MTP (Methanol zu Propylen) als Nebenprodukt erzeugt wird. Die
Menge an C4- oder höheren
Olefinen in den an Olefinen angereicherten Ausgangsstoffen liegt
im Bereich von 10 bis 90 Gew.-%. Das an Olefinen angereicherte Gemisch ist
vorzugsweise ein Gemisch, das lineare C4-C12-Olefine enthält, stärker bevorzugt ein Gemisch,
das lineare C4-C8-Olefine enthält.
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Der
Reaktionsabfluss durchläuft
hier nacheinander beispielsweise einen Turm zur Ethylenabtrennung und
einen Turm zur Propylenabtrennung, wodurch ein Produkt mit Niederolefinen,
wie Ethylen und Propylen, erhalten wird. Ein solches Verfahren zum
Abtrennen von Niederolefinen ist Fachleuten bekannt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird eine organische, Sauerstoff enthaltende Verbindung
zu dem an Olefinen angereicherten Gemisch gegeben und das Gewichtsverhältnis der
organischen, Sauerstoff enthaltenden Verbindung zu den Olefinen,
die in dem an Olefinen angereicherten Gemisch vorhanden sind, beträgt 0,01
bis 10:1. Die organische, Sauerstoff enthaltende Verbindung, die
hier verwendet wird, schließt
Methanol, Dimethylether, Ethanol, Ethylether oder Gemische davon
in jedem Verhältnis
ein. Vorzugsweise ist die organische, Sauerstoff enthaltende Verbindung
Methanol, Dimethylether oder ein Gemisch von Methanol und Dimethylether
in jedem Verhältnis.
Eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung beruht darin, dass eine geeignete Menge einer organischen,
Sauerstoff enthaltenden Verbindung zusammen mit dem Kohlenwasserstoffausgangsstoff
zum Reaktor gegeben wird. Beispielsweise wird auf der einen Seite
Methanol oder Dimethylether als eine Sauerstoff enthaltende Verbindung
unter den Reaktionsbedingungen dehydriert, wodurch sich Ethylen
und Propylen bilden, was die Erhöhung
der Ausbeute an den Zielprodukten begünstigt, und unterdessen kann
das Wasser, das erzeugt wird, als ein verdünnendes Gas zum Cracken von
C4- oder höheren
Olefinen dienen, und, noch wichtiger, ergibt Methanol oder Dimethylether
durch katalytisches Cracken bei einer verhältnismäßig geringeren Temperatur ein
aktives Zwischenprodukt, das die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung
von Kohlenwasserstoffen aktivieren kann, wodurch die Reaktionstemperatur
erniedrigt wird und die Kohlenstoffablagerung am sauren Zentrum
des Katalysators verringert wird. Gleichzeitig wird eine bestimmte
Menge an Methanol oder Dimethylether oder einem Gemisch davon dem
Abfluss aus dem Auslass jedes Reaktors zum Zweck des Bereitstellens
von Wärmeabsorption,
die bei der Crackreaktion auf Grund der Freisetzung der Dehydratationswärme der
organischen, Sauerstoff enthaltenden Verbindung erforderlich ist, und
gleichzeitig des Bereitstellens von verdünnendem Gas als Ergänzung zugegeben,
so dass die dazwischenliegenden Verfahrensweisen und die Energie
während
der Reaktionen effizient durch eine wirksame Kombination von zwei
Arten der vorstehend erwähnten
Reaktionen ausgenutzt werden.
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In
der vorliegenden Erfindung beträgt
der Reaktionsdruck vorzugsweise –0,08 bis < –0,01
MPa; beträgt
die Reaktionstemperatur vorzugsweise 400 bis 580°C, stärker bevorzugt 440 bis 530°C; die auf
die Katalysatormasse bezogene Raumgeschwindigkeit pro Stunde (WHSV,
das Gewicht an Ausgangsstoff, das pro Stunde pro Gewichtseinheit
des Katalysators durchläuft)
von vorzugsweise 0,1 bis 100 h–1, stärker bevorzugt 1
bis 50 h–1.
Die kristallinen Aluminosilikate, die hier verwendet werden, werden
vorzugsweise aus Molekularsieben des ZSM-Typs, Beta-Molekularsieben oder
Mordenit-Molekularsieben ausgewählt.
Die ZSM-Molekularsiebe werden stärker
bevorzugt aus ZSM-5, ZSM-11, ZSM-23 oder ZSM-42 ausgewählt, am
stärksten
bevorzugt aus ZSM-5-Molekularsieben. Die hier verwendeten Molekularsiebe
weisen ein SiO2/Al2O3-Molverhältnis von vorzugsweise
10 bis 3.000, stärker
bevorzugt 50 bis 1000, am stärksten
bevorzugt 50 bis 500 auf. Im vorliegenden Verfahren beim Betrieb
unter Unterdruck wird der Reaktor vorzugsweise aus axialen Festbettreaktoren,
radialen Festbettreaktoren oder Wanderbettreaktoren, stärker bevorzugt
aus axialen Festbettreaktoren oder radialen Festbettreaktoren ausgewählt.
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Beim
Betrieb unter Unterdruck kann das vorliegende Verfahren thermodynamisch
wirksam eine Tendenz zur Mehrfachreaktion, Polymerisation oder sogar
Kondensation von Olefinen hemmen, wodurch die Anzahl von Olefinmolekülen verringert
wird, und stattdessen eine Tendenz zur Verringerung der Größen von
Olefinen im Ausgangsstoff fördern,
wodurch mehr Niederolefine als den Zielprodukten hergestellt werden.
Unterdessen sind während
des katalytischen Crackens von Olefinen die Olefine von sowohl den
Recktanten als auch den Zielprodukten einer Wasserstofftransferreaktion
ausgesetzt, wodurch die entsprechenden Alkane hergestellt werden,
was ein Hauptgrund ist, der für
die verringerte Selektivität
und Ausbeute der Zielprodukte verantwortlich ist. Die Wasserstofftransferreaktion
ist eine Art bimolekularer Reaktion, und die Verringerung des Reaktionsdrucks
hemmt die Wasserstofftransferreaktion von Olefinen auch in großem Maße. Von
besonderer Bedeutung ist, dass die Hemmung der Wasserstofftransferreaktion
eine große
Rolle bei der Herstellung von Koksvorstufen und der Verlängerung
der Stabilität
und Regenerationsdauer des Katalysators spielt. Weiterhin kann der
Betriebszustand des Unterdrucks auch merklich die Reaktionstemperatur
verringern und somit einen Zustand der niedrigeren Betriebstemperatur
verwirklichen und eine höhere
Selektivität
und Ausbeute an Niederolefinen erzielen. Die damit verbundene Temperatur
ist auch ein Schlüsselfaktor,
um die Aktivitätszeit eines
Katalysators zu beeinflussen; und je niedriger die Temperatur ist,
desto besser ist die Stabilität
der Katalysatoraktivität
und desto länger
ist die Betriebszeit des Katalysators.
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Kurz
gesagt, der Betrieb unter Unterdruck erleichtert thermodynamisch
die Reaktionen, durch welche die molekularen Größen verringert werden, wobei
unterdessen die Reaktionstemperatur verringert wird, was effizient
die Wasserstofftransferreaktion von Olefinen hemmt. Dies verlangsamt
schließlich
die Deaktivierung des Katalysators auf Grund der Ablagerung von
Koks in großem
Maße und
verlängert
somit die Zeitspanne der stabilen Katalysatoraktivität und erzielt
eine höhere
Selektivität
und Ausbeute der Zielprodukte. Er ist sehr wichtig für das Verfahren
zum Erhöhen
der Ausbeute an Niederolefinen auf Grund von katalytischem Cracken im
Festbett.
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Die
technische Lösung
der Erfindung erreicht eine bevorzugte technische Wirkung, welche
effizient die Zeitspanne der stabilen Katalysatoraktivität verlängert und
eine höhere
Ausbeute an Niederolefinen erzielt, mit dem Reaktionsdruck von –0,1 bis < 0 MPa, der Reaktionstemperatur
von 400°C
bis 580°C
und der WHSV von 0,1 bis 100 h–1.
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Im
Hinblick auf weitere Betriebsbedingungen, die hier nicht spezifisch
beschrieben werden, aber am vorliegenden Verfahren zum Herstellen
von Niederolefinen durch katalytisches Cracken beteiligt sein können, wird
auf herkömmliche
katalytische Crackverfahren von Niederolefinen Bezug genommen.
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Sofern
nicht anders angegeben, beziehen sich die Prozentsätze und
Verhältnisse,
die hier verwendet werden, alle auf das Gewicht.
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Sofern
nicht anders angegeben, wird das SiO2/Al2O3-Molverhältnis der
kristallinen Aluminosilikate in der vorliegenden Erfindung auf Atombasis
berechnet.
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Alle
erwähnten
Veröffentlichungen
sind hier zur Bezugnahme in ihrer Gänze zu allen Zwecken eingeschlossen.
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Die
folgenden Beispiele beschreiben und zeigen weiter die bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindungen. Alle die Beispiele sind lediglich
veranschaulichend und nicht als Einschränkung der vorliegenden Erfindungen
auszulegen.
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In
den Beispielen werden die Mengen der verschiedenen Komponenten in
jedem der beteiligten Gemische mit einem Gaschromatograph HP-6890
(Agilent Technologies, Inc., Vereinigte Staaten) getrennt und nachgewiesen,
der mit einem Wasserstoff-Flammenionisationsdetektor und einer PLOT-Al2O3-Kapillarchromatographiesäule mit
einem Durchmesser von 0,53 mm und einer Länge von 50 m ausgerüstet ist.
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BEISPIELE
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Beispiele 1 bis 4
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Experimente an katalytischen Crackreaktionen
unter Unterdrücken,
verschiedenen WHSV-Bedingungen und mit 1-Buten als Ausgangsstoff
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Ausgangsmaterialien
in einem Molverhältnis
von 200 SiO2:0,5 Al2O3:60 n-Butylamin:17 OH–:200 NaCl:6300
H2O wurden unter Rühren bei Raumtemperatur 15
h lang gemischt, wodurch eine Aufschlämmung formuliert wurde, die
Silicium, Aluminium, Templat (n-Butylamin) und Wasser in einem SiO2/Al2O3-Molverhältnis von
200 enthielt. Danach wurde die Aufschlämmung 50 h lang bei 140°C kristallisiert,
gefolgt von Waschen der kristallisierten Lösung mit destilliertem Wasser,
12 h lang Trocknen an Luftatmosphäre bei 120°C und dann 8 h lang Calcinieren
bei 580°C
an Luftatmosphäre,
wodurch ein ZSM-5-Molekularsieb erhalten wird. 50 g des ZSM-5-Molekulargewichts
wurden mit 87 g 40-gew.-%igem Silicagel gemischt und extrudiert,
wodurch Bänder erhalten wurden,
gefolgt von 12 h lang Trocknen bei 130°C an Luftatmosphäre und 6
h lang Calcinieren bei 430°C
an Luftatmosphäre,
wodurch ein Katalysator des ZSM-5-Typs erhalten wurde.
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5
g des vorstehenden Katalysators des ZSM-5-Typs wurden in die Thermostatenzone
eines Reaktors (der ein axialer Festbettreaktor mit 18 mm Durchmesser
ist, desgleichen in den folgenden Beispielen, sofern nicht anders
angegeben) geladen und 3 h lang bei 480°C in einer N
2-Atmosphäre vor der
Reaktion aktiviert. Dann wurde ein Ausgangsstoff aus reinem 1-Buten
(99,9% Reinheit) eingefüllt,
um ihn durch Kontaktieren mit dem Katalysator umzusetzen. Die Reaktionstemperatur
betrug 500°C
und der Reaktionsdruck betrug –0,042 MPa.
Der Unterdruck wurde bewirkt, indem der Antrieb einer Vakuumpumpe
eingeschaltet und ihr Frequenzumsetzer eingestellt wurde, bis der
gewünschte
Unterdruck erreicht war. Das Produkt wurde analysiert, indem unter
unterschiedlichen Reaktionsbedingungen nach 2 h langem Umsetzen
beprobt wurde (desgleichen in den folgenden Beispielen). Die Reaktionsergebnisse
wurden in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1. Die Reaktionsergebnisse unter
Unterdrücken
und verschiedenen WHSV-Bedingungen
Beispiel
Nr. | Beispiel
1 | Beispiel
2 | Beispiel
3 | Beispiel
4 |
WHsV
(h–1) | 2,000 | 7,966 | 12,101 | 19,829 |
Umwandlung
von C4-Olefin% | 68,779 | 71,049 | 67,345 | 65,108 |
Selektivität von Ethylen% | 9,767 | 11,044 | 10,433 | 8,975 |
Selektivität von Propylen% | 31,397 | 38,109 | 43,663 | 44,353 |
Selektivität von (E+P)% | 41,164 | 49,153 | 54,096 | 53,328 |
Ausbeute
an Ethylen% | 6,718 | 7,847 | 7,026 | 5,844 |
Ausbeute
an Propylen% | 21,594 | 27,076 | 29,405 | 28,877 |
Ausbeute
an (E+P)% | 28,312 | 34,923 | 36,431 | 34,720 |
- Anmerkungen: E bezog sich auf Ethylen;
P bezog sich auf Propylen; und E+P bezog sich auf die Summe von Ethylen
und Propylen
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Beispiele 5 bis 7
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Experimente
an katalytischen Crackreaktionen unter Unterdrücken, verschiedenen Temperaturbedingungen
und mit dem Ausgangsstoff, der gemischtes C
8-Monoolefin
(das von Lanzhou Refinery of PetroChina, Company Limited (Lanzhou
City, China) stammt, wobei der Gewichtsprozentsatz von Octen etwa
80,5% betrug und der Gewichtsprozentsatz von Octan etwa 19,5% betrug)
ist:
5 g des Katalysators vom ZSM-5-Typ, wie im vorstehenden
Beispiel 1 hergestellt (aber mit einem SiO
2/Al
2O
3-Molverhältnis von
800), wurde in die Thermostatenzone eines axialen Festbettreaktors
mit einem Durchmesser von 18 mm geladen und 3 h lang bei 480°C in einer
N
2-Atmosphäre vor der Reaktion aktiviert. Dann
wurde ein Ausgangsstoff aus C8-Monoolefin eingefüllt, um ihn durch Kontaktieren
mit dem Katalysator umzusetzen. Der Unterdruck wurde bewirkt, indem
der Antrieb einer Vakuumpumpe eingeschaltet und ihr Frequenzumsetzer
eingestellt wurde, bis der gewünschte
Unterdruck erreicht war. Die Ausbeuten und Selektivität der Produkte
unter den unterschiedlichen Bedingungen wurden in Tabelle 2 aufgeführt. Tabelle 2 Die Ausbeuten und Selektivität von Ethylen
und Propylen unter unterschiedlichen Bedingungen mit dem Ausgangsstoff
C8-Monoolefin
Beispiel
Nr. | Beispiel
5 | Beispiel
6 | Beispiel
7 |
Reaktionstemperatur, °C | 480 | 460 | 450 |
Reaktionsdruck,
MPa | -0,06 | -0,06 | -0,06 |
WHSV
(h–1) | 7,627 | 9,660 | 12,
372 |
Selektivität von Ethylen% | 8,189 | 5,720 | 4,679 |
Selektivität von Propylen% | 45,940 | 46,442 | 45,324 |
Selektivität von (E+P)
% | 54,129 | 52,162 | 50,002 |
Ausbeute
an Ethylen% | 5,292 | 3,551 | 2,825 |
Ausbeute
an Propylen% | 29,685 | 28,835 | 27,363 |
Ausbeute
an (E+P)% | 34,977 | 32,387 | 30,188 |
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Beispiel 8
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Die
verschiedenen Schritte und Bedingungen in diesem Beispiel waren
dieselben wie diejenigen in Beispiel 1, ausgenommen dass: das Molekularsieb
ZSM-5-Molekularsieb als Katalysator mit einem SiO
2/Al
2O
3-Molverhältnis von
58 war; die Reaktionstemperatur 410°C betrug, die WHSV 0,52 h
–1 betrug
und der Reaktionsdruck –0,09
MPa betrug. Der Unterdruck wurde bewirkt, indem der Antrieb einer
Vakuumpumpe eingeschaltet und ihr Frequenzumsetzer eingestellt wurde,
bis der gewünschte
Unterdruck erreicht war. Der hier verwendete Ausgangsstoff war der
gemischte C
4-Ausgangsstoff, der aus dem FCC-Apparat
in der Shanghai Petrochemical Refinery von SINOPEC (Shanghai City,
China) erhalten wurde, dessen Komponenten in Gewichtsprozent in
Tabelle 3 aufgeführt
wurden. Die Reaktionsergebnisse waren wie folgt: die Ausbeute an
Ethylen betrug 4,31% und die Ausbeute an Propylen betrug 25,76%. Tabelle 3. Die Mengen (in Gewichtsprozent)
von Komponenten im vorstehenden gemischten C
4-Ausgangsstoff,
der aus dem vorstehenden FCC-Apparat erhalten wurde
Komponenten | Menge, Gew.-% | Komponenten | Menge, Gew.-% |
Isobutan | 3,249 | 1-Buten | 51,857 |
n-Butan | 13,368 | Isobuten | 0,048 |
Propadien | 0,068 | Cis-2-buten | 13,211 |
Acetylen | 0,008 | Isopentan | 0,002 |
Neopentan | 0,149 | n-Pentan | 0,000 |
Trans-2-buten | 17,259 | 1,3-Butadien | 0,110 |
Pentan
und Isohexan | 0,127 | Methylacetylen | 0,004 |
n-Hexan | 0,007 | C6 oder höher | 0,531 |
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Beispiel 9
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Die
verschiedenen Schritte und Bedingungen in diesem Beispiel waren
dieselben wie diejenigen in Beispiel 1, ausgenommen dass: das Molekularsieb
ZSM-5-Molekularsieb als Katalysator mit einem SiO2/Al2O3-Molverhältnis von
950 war; die Reaktionstemperatur 530°C betrug, die WHSV 47 h–1 betrug
und der Reaktionsdruck –0,01
MPa betrug. Der Unterdruck wurde bewirkt, indem der Antrieb einer
Vakuumpumpe eingeschaltet und ihr Frequenzumsetzer eingestellt wurde,
bis der gewünschte
Unterdruck erreicht war. Der hier verwendete Ausgangsstoff war der
gemischte C4-Ausgangsstoff,
der aus dem vorstehenden FCC-Apparat erhalten wurde, dessen Komponenten
in Gewichtsprozent in Tabelle 3 aufgeführt wurden. Die Reaktionsergebnisse
waren wie folgt: die Ausbeute an Ethylen betrug 5,55% und die Ausbeute
an Propylen betrug 26,83%.
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Beispiel 10
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Die
verschiedenen Schritte und Bedingungen in diesem Beispiel waren
dieselben wie diejenigen in Beispiel 1, ausgenommen dass: das Molekularsieb
ZSM-5-Molekularsieb als Katalysator mit einem SiO2/Al2O3-Molverhältnis von
115 war; die Reaktionstemperatur 500°C betrug, die WHSV 3 h–1 betrug
und der Reaktionsdruck –0,053
MPa betrug. Der Unterdruck wurde bewirkt, indem der Antrieb einer
Vakuumpumpe eingeschaltet und ihr Frequenzumsetzer eingestellt wurde,
bis der gewünschte
Unterdruck erreicht war. Der hier verwendete Ausgangsstoff war der
gemischte C4-Ausgangsstoff,
der aus dem vorstehenden FCC-Apparat erhalten wurde, dessen Komponenten
in Gewichtsprozent in Tabelle 3 aufgeführt wurden. Die Reaktionsergebnisse
waren wie folgt: die Ausbeute an Ethylen betrug 7,34% und die Ausbeute
an Propylen betrug 30,51%.
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Beispiel 11
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Die
verschiedenen Schritte und Bedingungen in diesem Beispiel waren
dieselben wie diejenigen in Beispiel 1, ausgenommen dass: das Molekularsieb
ZSM-5-Molekularsieb als Katalysator mit einem SiO2/Al2O3-Molverhältnis von
115 war; die Reaktionstemperatur 500°C betrug, die WHSV 3 h–1 betrug
und der Reaktionsdruck –0,053
MPa betrug. Der Unterdruck wurde bewirkt, indem der Antrieb einer
Vakuumpumpe eingeschaltet und ihr Frequenzumsetzer eingestellt wurde,
bis der gewünschte
Unterdruck erreicht war. Der hier verwendete Ausgangsstoff war der
gemischte C4-Ausgangsstoff,
der aus dem vorstehenden FCC-Apparat erhalten wurde, dessen Komponenten
in Gewichtsprozent in Tabelle 3 aufgeführt wurden. Gleichzeitig wurde
Methanol zusammen mit dem gemischten C4-Ausgangsstoff
bei dem Gewichtsverhältnis
von Olefinen in dem gemischten C4-Ausgangsstoff zu Methanol von 4:1 zugegeben.
Die Reaktionsergebnisse waren wie folgt: die Ausbeute an Ethylen
betrug 7,89% und die Ausbeute an Propylen betrug 33,78%.
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Beispiel 12
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Die
verschiedenen Schritte und Bedingungen in diesem Beispiel waren
dieselben wie diejenigen in Beispiel 1, ausgenommen dass: das Molekularsieb
ZSM-5-Molekularsieb als Katalysator mit einem SiO2/Al2O3-Molverhältnis von
500 war; die Reaktionstemperatur 580°C betrug, die WHSV 20 h–1 betrug
und der Reaktionsdruck –0,08
MPa betrug. Der Unterdruck wurde bewirkt, indem der Antrieb einer
Vakuumpumpe eingeschaltet und ihr Frequenzumsetzer eingestellt wurde,
bis der gewünschte
Unterdruck erreicht war. Der hier verwendete Ausgangsstoff war der
gemischte C4-Ausgangsstoff,
der aus dem vorstehenden FCC-Apparat erhalten wurde, dessen Komponenten
in Gewichtsprozent in Tabelle 3 aufgeführt wurden. Die Reaktionsergebnisse
waren wie folgt: die Ausbeute an Ethylen betrug 10,82% und die Ausbeute
an Propylen betrug 36,51%.
-
Beispiel 13
-
Die
verschiedenen Schritte und Bedingungen in diesem Beispiel waren
dieselben wie diejenigen in Beispiel 1, ausgenommen dass: das Molekularsieb
ZSM-11-Molekularsieb als Katalysator mit einem SiO2/Al2O3-Molverhältnis von
600 war; die Reaktionstemperatur 510°C betrug, die WHSV 18 h–1 betrug
und der Reaktionsdruck –0,02
MPa betrug. Der Unterdruck wurde bewirkt, indem der Antrieb einer
Vakuumpumpe eingeschaltet und ihr Frequenzumsetzer eingestellt wurde,
bis der gewünschte
Unterdruck erreicht war. Der hier verwendete Ausgangsstoff war der
gemischte C5-Ausgangsstoff (wobei die Gewichtsmenge
von n-Penten 44,1% betrug, diejenige von n-Pentan 15,28% betrug
und diejenige von Isopentan 40,62% betrug), der aus der Steamcrack-Einheit
in der Ethylene Factory der SINOPEC SHANGHAI Petrochemical Company
Limited (Shanghai City, China) erhalten wurde. Die Reaktionsergebnisse
waren wie folgt: die Ausbeute an Ethylen betrug 4,06%, die Ausbeute
an Propylen betrug 25,76% und die Ausbeute an Guten betrug 30%.
-
Beispiel 14
-
Die
verschiedenen Schritte und Bedingungen in diesem Beispiel waren
dieselben wie diejenigen in Beispiel 1, ausgenommen dass: das Molekularsieb
ZSM-42-Molekularsieb als Katalysator mit einem SiO2/Al2O3-Molverhältnis von
210 war; die Reaktionstemperatur 530°C betrug, die WHSV 30 h–1 betrug
und der Reaktionsdruck –0,062
MPa betrug. Der Unterdruck wurde bewirkt, indem der Antrieb einer
Vakuumpumpe eingeschaltet und ihr Frequenzumsetzer eingestellt wurde,
bis der gewünschte
Unterdruck erreicht war. Der hier verwendete Ausgangsstoff war das
reine 1-Buten (99,9% Reinheit). Die Reaktionsergebnisse waren wie folgt:
die Ausbeute an Ethylen betrug 6,34% und die Ausbeute an Propylen
betrug 32,58%.
-
Beispiel 15
-
Die
verschiedenen Schritte und Bedingungen in diesem Beispiel waren
dieselben wie diejenigen in Beispiel 1, ausgenommen dass: das Molekularsieb
Beta-Molekularsieb als Katalysator mit einem SiO2/Al2O3-Molverhältnis von
800 war; die Reaktionstemperatur 410°C betrug, die WHSV 50 h–1 betrug
und der Reaktionsdruck –0,023
MPa betrug. Der Unterdruck wurde bewirkt, indem der Antrieb einer
Vakuumpumpe eingeschaltet und ihr Frequenzumsetzer eingestellt wurde,
bis der gewünschte
Unterdruck erreicht war. Der hier verwendete Ausgangsstoff war der
gemischte C4-Ausgangsstoff,
der aus dem vorstehenden FCC-Apparat erhalten wurde, dessen Komponenten
in Gewichtsprozent in Tabelle 3 aufgeführt wurden. Die Reaktionsergebnisse
waren wie folgt: die Ausbeute an Ethylen betrug 3,78% und die Ausbeute
an Propylen betrug 23,18%.
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Beispiel 16
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Die
verschiedenen Schritte und Bedingungen in diesem Beispiel waren
dieselben wie diejenigen in Beispiel 1, ausgenommen dass: das Molekularsieb
Mordenit-Molekularsieb als Katalysator mit einem SiO2/Al2O3-Molverhältnis von
50 war; die Reaktionstemperatur 580°C betrug, die WHSV 0,5 h–1 betrug
und der Reaktionsdruck –0,042
MPa betrug. Der Unterdruck wurde bewirkt, indem der Antrieb einer
Vakuumpumpe eingeschaltet und ihr Frequenzumsetzer eingestellt wurde,
bis der gewünschte
Unterdruck erreicht war. Der hier verwendete Ausgangsstoff war der
gemischte C4-Ausgangsstoff,
der aus dem vorstehenden FCC-Apparat erhalten wurde, dessen Komponenten
in Gewichtsprozent in Tabelle 3 aufgeführt wurden. Die Reaktionsergebnisse
waren wie folgt: die Ausbeute an Ethylen betrug 8,45% und die Ausbeute
an Propylen betrug 31,36%.
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Beispiel 17
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Experiment an der Crackleistung von Katalysator,
wobei der Ausgangsstoff für
katalytisches Cracken C4-C7-Monoolefine
sind
-
Die
verschiedenen Schritte und Bedingungen in diesem Beispiel waren
dieselben wie diejenigen in Beispiel 1, ausgenommen dass: das Molekularsieb
ZSM-5-Molekularsieb als Katalysator mit einem SiO2/Al2O3-Molverhältnis von
180 war; und der Ausgangsstoff C4-C7-Monoolefine war, die aus Nebenprodukten bei
der Herstellung von Olefinen durch Cracken von Methanol (MTO) im
Shanghai Research Institute von Petrochemical Technology SINOPEC
(Shanghai City, China) erhalten wurden, wobei die Mengen an C4- bzw. C5-Olefine
etwa 60% bzw. etwa 25% betrugen, wobei die restlichen etwa 1,5%
C6- oder höhere Olefine waren.
-
5
g des vorstehenden Katalysators vom ZSM-5-Typ wurden in die Thermostatenzone
eines axialen Festbettreaktors mit einem Durchmesser von 18 mm geladen
und 3 h lang bei 480°C
in einer N2-Atmosphäre vor der Reaktion aktiviert.
Dann wurde der vorstehende Ausgangsstoff eingefüllt, um ihn durch Kontaktieren mit
dem Katalysator umzusetzen. Die Reaktionstemperatur betrug 530°C und der
Reaktionsdruck betrug –0,068
MPa. Der Unterdruck wurde bewirkt, indem der Antrieb einer Vakuumpumpe
eingeschaltet und ihr Frequenzumsetzer eingestellt wurde, bis der
gewünschte
Unterdruck erreicht war. Die Reaktionsergebnisse waren wie folgt:
die Ausbeute an Ethylen betrug 8,34% und die Ausbeute an Propylen
betrug 33,95% und die Umwandlung der Olefine insgesamt betrug 72%.
-
Beispiel 18
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Die
verschiedenen Schritte und Bedingungen in diesem Beispiel waren
dieselben wie diejenigen in Beispiel 1, wodurch ZSM-5-Molekularsieb
als Katalysator hergestellt wurde. 5 g des vorstehenden Katalysators
vom ZSM-5-Typ wurden in die Thermostatenzone eines axialen Festbettreaktors
mit einem Durchmesser von 18 mm geladen und 3 h lang bei 480°C in einer
N
2-Atmosphäre vor der Reaktion aktiviert.
Dann wurde der Ausgangsstoff eingefüllt, um ihn durch Kontaktieren
mit dem Katalysator umzusetzen. Der hier verwendete Ausgangsstoff
war der gemischte C
4-Ausgangsstoff, der
aus dem vorstehenden FCC-Apparat erhalten wurde, dessen Komponenten
in Gewichtsprozent in Tabelle 3 aufgeführt wurden. Die Reaktionstemperatur
betrug 560°C,
die WHSV betrug 8 h
–1 und der Reaktionsdruck
betrug –0,028
MPa. Der Unterdruck wurde bewirkt, indem der Antrieb einer Vakuumpumpe
eingeschaltet und ihr Frequenzumsetzer eingestellt wurde, bis der
gewünschte
Unterdruck erreicht war. Die Reaktionsaktivitäten des Katalysators zu unterschiedlichen
Zeitpunkten wurden in Tabelle 4 aufgeführt. Tabelle
4 Experimente an der Lebensdauer des Katalysators
Reaktions-
dauer (h) | Ausbeute
an Propylen,% | Ausbeute
an Ethylen,% |
4 | 7 | 29,9 |
26 | 7,4 | 29,1 |
50 | 7,6 | 29,4 |
82 | 7,2 | 28,5 |
150 | 7,5 | 29,9 |
220 | 7,5 | 30 |
280 | 7,6 | 30,6 |
320 | 7,3 | 29,4 |
400 | 7,5 | 30,2 |
440 | 7,5 | 29,9 |
498 | 7,3 | 29,6 |
-
Vergleichsbeispiel 1
-
Die
verschiedenen Schritte, Bedingungen, Katalysator und Ausgangsstoff
in diesem Beispiel waren dieselben wie diejenigen in Beispiel 18,
um den so hergestellten ZSM-5-Katalysator zu untersuchen, ausgenommen
dass der Reaktionsdruck Normaldruck ist. Die Reaktionsaktivitäten des
Katalysators zu unterschiedlichen Zeitpunkten wurden in Tabelle
5 aufgeführt. Tabelle
5 Experimente an der Lebensdauer des Katalysators
Reaktions-
dauer (h) | Ausbeute
an Propylen,% | Ausbeute
an Ethylen,% |
1,01 | 7,23 | 28,3 |
5,08 | 7,43 | 28,40 |
8,12 | 7,71 | 28,16 |
17,17 | 7,62 | 27,74 |
25,23 | 7,64 | 27,21 |
33,12 | 7,44 | 28,35 |
41,12 | 6,96 | 27,08 |
49,13 | 6,37 | 26,05 |
57,33 | 5,35 | 24,17 |
65,25 | 4,83 | 22,88 |
73,25 | 3,58 | 19,17 |
81,15 | 2,55 | 15,69 |
89,17 | 1,60 | 11,47 |
97,17 | 1,08 | 8,71 |
105,08 | 0,61 | 5,80 |
108,17 | 0,53 | 5,14 |
-
Offensichtlich
kann die vorliegende technische Lösung des Zugebens von Methanol
in gleicher Weise deutlich die wirksame Lebensdauer des Katalysators
verlängern,
was offensichtlichen technischen Vorteil aufweist.
-
Vergleichsbeispiele 2 bis 5
-
Die
verschiedenen Schritte, Bedingungen, Katalysator und Ausgangsstoff
in diesen Experimenten waren dieselben wie diejenigen in Beispiel
1, um den so hergestellten ZSM-5-Katalysator
zu untersuchen, ausgenommen dass der Reaktionsdruck Normaldruck
ist. Die Reaktionsaktivitäten
des Katalysators zu unterschiedlichen Zeitpunkten wurden in Tabelle
6 aufgeführt. Tabelle 6. Die Reaktionsergebnisse unter
Unterdrücken
und verschiedenen WHSV-Bedingungen
Beispiel
Nr. | Vergleichsbeispiel 2 | Vergleichsbeispiel 3 | Vergleichsbeispiel 4 | Vergleichsbeispiel 5 |
WHSV
(h–1) | 2,000 | 7,966 | 12,101 | 19,829 |
Umwandlung
von C4-Olefin% | 64,941 | 75,919 | 72,625 | 70,303 |
Selektivität von Ethylen | 7,336 | 10,003 | 11,035 | 9,526 |
Selektivität von Propylen | 25,160 | 28,484 | 35,085 | 37,130 |
Selektivität von (E+P)% | 32,495 | 38,437 | 46,121 | 46,655 |
Ausbeute
an Ethylen% | 4,764 | 7,594 | 8,014 | 6,697 |
Ausbeute
an Propylen% | 16,339 | 21,625 | 25,481 | 26,103 |
Ausbeute
an (E+P)% | 21,103 | 29,219 | 33,495 | 32,800 |
-
Vergleichsbeispiel 6
-
Die
verschiedenen Schritte und Bedingungen in diesem Beispiel waren
dieselben wie diejenigen in Beispiel 13, ausgenommen dass der Reaktionsdruck
Normaldruck ist. Die Reaktionsergebnisse waren wie folgt: die Ausbeute
an Ethylen betrug 3,73% und die Ausbeute an Propylen betrug 22,89%
und die Ausbeute an Buten betrug 26,3%.
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ZUSAMMENFASSUNG
-
Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen von Niederolefinen
bereit. Die technische Aufgabe, die in der vorliegenden Erfindung
hauptsächlich
angesprochen wird, ist, die Nachteile zu überwinden, die im Stand der
Technik dargestellt werden, einschließlich hohem Reaktionsdruck,
hoher Reaktionstemperatur, geringer Ausbeute und Selektivität für Niederolefine
als den Zielprodukten, schlechter Stabilität und kurzer Lebensdauer des
Katalysators, und eingeschränkter
geeigneter Ausgangsstoffe. Das vorliegende Verfahren, das unter
den Bedingungen des katalytischen Crackens von Olefinen durchgeführt wird
und als einen Ausgangsstoff ein an Olefinen angereichertes Gemisch
annimmt, das ein oder mehrere C4- oder höhere Olefine und gegebenenfalls
eine organische, Sauerstoff enthaltende Verbindung enthält, umfasst
die Schritte: a) Zulassen, dass der Ausgangsstoff mit einem kristallinen
Aluminosilikat-Katalysator
mit einem SiO2/Al2O3-Molverhältnis
von mindestens 10 in Kontakt kommt, um dadurch einen Reaktionsabfluss
herzustellen, der Niederolefine enthält; und b) Abtrennen der Niederolefine
aus dem Reaktionsabfluss; wobei der Reaktionsdruck von –0,1 MPa
bis < 0 MPa beträgt. Das
vorliegende Verfahren, welches wünschenswerterweise das
vorstehende technische Problem löst,
kann bei der industriellen Herstellung von Niederolefinen verwendet werden.